Exoesqueleto de Extremidades Inferiores para Rehabilitación con Mejora del Equilibrio Postural
Autores: Menga, Giuseppe; Ghirardi, Marco
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2018
Acceso abierto
Artículo científico
2018
Exoesqueleto de Extremidades Inferiores para Rehabilitación con Mejora del Equilibrio Postural
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Miembro inferior
Exoesqueleto háptico
Rehabilitación del paciente
Equilibrio postural
Cumplimiento
Teoría del control
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
En este trabajo presentamos un exoesqueleto háptico de extremidades inferiores adecuado para la rehabilitación de pacientes, específicamente en presencia de enfermedades relacionadas con el equilibrio postural. Los exoesqueletos han sido concebidos principalmente para aumentar la fuerza, mientras que en este trabajo se incorpora la conformidad del paciente con la mejora del equilibrio postural. Esto se logra con dos bucles de retroalimentación jerárquicos. El interno, que cierra el bucle en el espacio articular del exoesqueleto, ofrece conformidad al paciente en la vecindad de una postura de referencia. Aprovecha el control de admisión mecánica en un bucle de posición, midiendo las señales electromiográficas del paciente. El problema se resuelve utilizando la teoría de control robusto multivariable con un ajuste de dos grados de libertad. Un segundo bucle de control se superpone al primero, operando en el espacio cartesiano para garantizar el equilibrio postural. Controla el Centro de Gravedad del paciente y el Punto de Momento Cero moviendo la referencia del bucle interno. Se ha prestado especial atención al modelo mecánico de múltiples cadenas del exoesqueleto que utiliza el método de Kane mediante el entorno computacional simbólico Autolev. Los aspectos cubiertos son: el sistema de conmutación entre la postura unipodal y bipodal, la naturaleza no holonómica del sistema, los ángulos de las articulaciones dependientes e independientes, la redundancia en los controles de torque y el equilibrio de peso en la postura bipodal. Se han realizado experimentos físicos para validar el método de conformidad basado en el control de admisión, primero en una articulación del codo. Luego, para validar aún más la interacción háptica con el paciente en una situación realista, se han llevado a cabo experimentos en un primer prototipo de exoesqueleto, mientras que el sistema general ha sido simulado en un estudio de caso realista.
Descripción
En este trabajo presentamos un exoesqueleto háptico de extremidades inferiores adecuado para la rehabilitación de pacientes, específicamente en presencia de enfermedades relacionadas con el equilibrio postural. Los exoesqueletos han sido concebidos principalmente para aumentar la fuerza, mientras que en este trabajo se incorpora la conformidad del paciente con la mejora del equilibrio postural. Esto se logra con dos bucles de retroalimentación jerárquicos. El interno, que cierra el bucle en el espacio articular del exoesqueleto, ofrece conformidad al paciente en la vecindad de una postura de referencia. Aprovecha el control de admisión mecánica en un bucle de posición, midiendo las señales electromiográficas del paciente. El problema se resuelve utilizando la teoría de control robusto multivariable con un ajuste de dos grados de libertad. Un segundo bucle de control se superpone al primero, operando en el espacio cartesiano para garantizar el equilibrio postural. Controla el Centro de Gravedad del paciente y el Punto de Momento Cero moviendo la referencia del bucle interno. Se ha prestado especial atención al modelo mecánico de múltiples cadenas del exoesqueleto que utiliza el método de Kane mediante el entorno computacional simbólico Autolev. Los aspectos cubiertos son: el sistema de conmutación entre la postura unipodal y bipodal, la naturaleza no holonómica del sistema, los ángulos de las articulaciones dependientes e independientes, la redundancia en los controles de torque y el equilibrio de peso en la postura bipodal. Se han realizado experimentos físicos para validar el método de conformidad basado en el control de admisión, primero en una articulación del codo. Luego, para validar aún más la interacción háptica con el paciente en una situación realista, se han llevado a cabo experimentos en un primer prototipo de exoesqueleto, mientras que el sistema general ha sido simulado en un estudio de caso realista.